книги / Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок.-2

Уменьшить отрицательный эффект от возникновения ГВ можно уменьшив толщину кромок, однако при этом ухудшают­ ся условия работы ВЗ на дозвуковых скоростях полета.

ДВЗ с умеренной толщиной передних кромок позволяют применять его на ЛА со скоростями полета до М = 1,4... 1,5.

5.4. Формы дозвуковых диффузоров

Каналы дозвуковых диффузоров могут быть с прямолиней­ ными и криволинейными стенками. От правильного выбора формы канала зависит величина потерь, габариты и масса ВЗ, стоимость его изготовления. При выборе формы диффузора также учитывают тип летательного аппарата и место размеще­ ния на нем двигателей. Различают несколько типов диффузоров:

	1.	Конический диффузор
	Параметры:				уднф =8...12° ; /днф = / ( F0 / FBX, уд„ф )
(рис. 5.6).			( F{) / FBX)
	При				= const
увеличение				угла	Т удиф
приводит			к	уменьшению
длины		£Д|1ф, и следователь­
но,	к	снижению			массы
диффузора и потерь на тре­
ние.	Уменьшаются				потери
полного давления в диффу-						Рис. 5.6. Конический диффузор
зоре	(t ст*у).
	Однако при увеличении уднф >12° начинается отрыв пото­

ка с внутренней поверхности ВЗ даже при его осевом входе. Для обеспечения заданной ~ FBX/ F0 конические диффузоры ВЗ необходимо делать значительной длины.

2. Ступенчатый диффузор При заданной степени повышения давления и обеспечении

уЛ1|ф <12° ступенчатый диффузор получается короче кониче­ ского ( LCT< LK) (рис. 5.7), следовательно, уменьшаются его га-

Данное явление получило название «обесценивание» энергии в скачке уплотнения. Потери полного давления в скачках уплот­ нения оценивают с помощью коэффициента сохранения полного

	*
давления в скачке - а*к =	< 1.

Р ‘

Чем выше интенсивность скачка (снижение скорости), тем

больше потери полного давления и тем меньше значение ст*к.

Для уменьшения потерь полного давления торможение по­ тока осуществляют в системе косых скачков уплотнения малой интенсивности и в завершающем прямом скачке уплотнения, после которого скорость становится дозвуковой. При этом

а ск =СГ1*а 2 а 3 - - а /

Организовать заданную систему скачков уплотнения можно с помощью специального профилирования входной части СВЗ.

Поверхность, при помощи которой организуется система скачков уплотнения, называется поверхностью сжатия. Количе­ ство изломов этой поверхности равно количеству косых скач­ ков. Поверхность сжатия, которая может быть плоской (рис. 5.9, а) или конической (рис. 5.9, б)> располагается по отношению к вектору скорости под углом а < 90°

Рис. 5.9. Типы поверхностей сжатия: а - плоская, б - коническая

При Zp = const, с ростом числа М уменьшается угол на­ клона скачка к поверхности сжатия Z a (рис. 5.10).

При М = const, с ростом Zp возрастает Z a .

С увеличением угла наклона скачка Z a возрастает интен­ сивность скачка, следовательно, увеличиваются потери полного давления в нем ( Ф а*к).

Рис. 5.10. Система косых СУ

Таким образом, при заданной скорости полета, минималь­ ных потерь полного давления в системе скачков можно добить­ ся, воздействуя на их интенсивность ( Z a ) путем подбора коли­ чества скачков и величины угла наклона поверхности сжа­ тия (ZP).

Значение ZP, при котором минимальные потери полного

	давления ( а*ктах), называют оптимальным - ZPonT.
		Например, (рис. 5.11):
		1)	один прямой	скачок
		« 4 = 0 ,3 ) ;
		2) один косой плюс один
		прямой скачок ( а*к = 0,45);
		3) два косых плюс один
		прямой скачок ( а*к = 0,6);
		4) три косых плюс один
		прямой скачок ( а*к = 0,75)
	Рис. 5.11. Потери в системах	Из	практики -	при
		М < 1,5	применяется	одно-
	скачков

скачковая схема;

-при 1,5 < М < 2,5 применяется двухскачковая схема; при 2,5 < М < 3,0 применяется трехскачковая схема.

5.5.2. Типы СВЗ и их характеристика

Классификация СВЗ:

-по форме: плоские, осесимметричные;

-по расположению на ЛЛ: лобовые, подкрыльевые, надкрыльсвыс, подфюзеляжные, боковые;

-по организации процесса сжатия: внешнего, внутреннего, смешанного.

В осесимметричных СВЗ используется ступенчатый конус. В плоских СВЗ скачки создаются с помощью ступенчатого клина. Переход от прямоугольной формы канала к закруглен­

ной, осуществляется на дозвуковом участке. Преимущества плоского СВЗ:

-менее чувствителен к изменению углов атаки и сколь­

жения,

-лег че регулируется,

-удобней компонуется на ЛА.

Лобовые СВЗ чаще всего выполняются осесимметричными. Они вынесены вперед, влияние элементов ЛА на течение газа в СВЗ отсутствует, что обеспечивает более равномерное распре­ деление параметров но сечению потока как на входе в СВЗ, так и по тракту удлинительного канала. Недостатком лобовых СВЗ являются высокая чувствительность к срыву потока с входных кромок и большие потери от трения об стенки удлинительного канала.

Подкрыльевые (подфюзеляжные) СВЗ отличаются малыми изменениями угла набегания потока на СВЗ при изменении угла атаки ЛА, гак как крыло (фюзеляж) спрямляет поток.

Скачок от передней кромки крыла уменьшает число М на

входе в СВЗ, что приводит к росту а*к.

Недостатком подкрыльевых СВЗ является то, что из-за ма­ лой длины канала СВЗ поток не успевает выровняться, и на вхо­ де в ОК имеют место значительные пульсации и неравномер­ ность потока.

Боковые СВЗ имеют меньшую, чем лобовые длину возду­ хоподводящих каналов, что снижает потери от трения об стенки. При этом носовая часть ЛА освобождается для размещения обо-

Однако в реальном СВЗ возникает пограничный слой, бы­ стро нарастающий по длине канала. Если бы профиль поверхно­ сти торможения был с резкими изломами (для образования скачков), то при взаимодействии с пограничным слоем этих скачков происходил бы отрыв потока от стенок СВЗ.

Условиями сохранения расчетного режима работы СВЗ внутреннего сжатия являются:

-плавный контур поверхности торможения (сложен в изго­ товлении);

-перфорированные стенки для отвода пограничного слоя

(большие потери воздуха).

Еще одна проблема - сложность вывода СВЗ на расчетный режим (запуск СВЗ) при отклонении параметров полета от рас­ четных значений.

Это объясняется тем, что оптимальная площадь сечения

горла зависит от числа М полета ( FronT	F	— ). Даже при
	г.потр	м
незначительном уменьшении М < М расч	уменьшается 71*, сле­

довательно, уменьшается плотность воздуха р в СВЗ. Снижает­ ся расход воздуха через горло М йГ = ip rcrFr , то есть площадь горла Fr становится недостаточной для того, чтобы пропустить весь воздух, вошедший в СВЗ (Т FronT). Давление между вхо­ дом в СВЗ и горлом возрастает, и перед СВЗ образуется выбитая головная волна (прямой скачок уплотнения), за которой ско­ рость потока становится дозвуковой. Потери полного давления в скачке резко возрастают ( I I ст*к).

Если теперь даже увеличится М до М расч, выбитая голов­

ная волна (ГВ) не исчезает, так как из-за значительных потерь полного давления в ГВ плотность воздуха в горле будет меньше, чем на расчетном режиме, и пропускная способность горла не сможет восстановиться (СВЗ «не запустится»). СВЗ будет вести себя как дозвуковой ВЗ при сверхзвуковой скорости полета.

Для «запуска» СВЗ необходимо увеличивать Fr > FronT на расчетном режиме (перерасширять горло) до тех нор, пока

не восстановится расчетный расход через горло с учетом умень­ шенной из-за потерь в ГВ плотности воздуха рг. При этом ГВ на входе исчезнет, а в горле, из-за его перерасширения, устано­ вится сверхзвуковое течение. Торможение потока до скорости меньше, чем скорость звука будет происходить в прямом S-скачке за горлом (см. рис. 5.14.). Если теперь уменьшать Fr до значения Frопт на расчетном режиме, S-скачок сместится в гор­ ло и исчезнет, в горле скорость станет звуковой, и СВЗ вернется на расчетный режим («запустится»).

Из-за перечисленных трудностей СВЗ внутреннего сжатия практически не применяются.

5.5.3. Схема и работа СВЗ внешнего торможения на расчетном режиме

В СВЗ внешнего сжатия углы (3, и выбираются такими,

чтобы при расчетной скорости полета скачки фокусировались на передней кромке обечайки или в непосредственной близости от нее (рис. 5.15), а также обеспечивалось максимальное значение

t

°ск max *

Если скачки фокусируются на передней кромке обечайки, то обеспечивается МВ1ШХ для данной скорости полета и мини­ мальное внешнее сопротивление, так как Fu = F0, что соответ­ ствует срнх = 1.

При обтекании поверхности сжатия и передней кромки обечайки сверхзвуковым потоком образуется система из двух косых и одного прямого скачка уплотнения.

Пройдя косые скачки, поток поворачивается на угол Pi = Pi +Рз и подходит к сечению 0-0 (вход в СВЗ) с небольшой сверхзвуковой скоростью. Переход потока в дозвуковой осуще­ ствляется в замыкающем прямом скачке уплотнения малой ин­ тенсивности.

При дальнейшем движении по сужающемуся-расширяюще- муся каналу поток разгоняется до скорости звука в критическом сечении (горле), а затем - до малой сверхзвуковой скорости в его расширяющейся части за горлом.

Рис. 5.15. Работа СВЗ на расчетном режиме

Сверхзвуковая зона течения ограничивается замыкающим прямым 5-скачком. Сверхзвуковая зона от горла до 5-скачка изолирует внешнюю систему скачков на входе в СВЗ от двига­ теля. Небольшие изменения давления /?вх на входе в ОК, рас­

пространяющиеся со скоростью звука, не могут преодолеть эту зону и разрушить расчетную систему скачков на входе в СВЗ, вызвав его неустойчивую работу. Однако, наличие сверхзвуко­ вой зоны за горлом приводит к росту потерь полного давления

( 'I 'O -

5.5.4. Изменение параметров по тракту СВЗ

Температура Т и давление р ступенчато изменяются

в скачках уплотнения из-за перехода части кинетической энер­ гии в энтальпию (см. рис. 5.15).

Полное давление р* ступенчато уменьшается в скачках из-

за перехода части кинетической энергии в тепло («обесценива­ ние» энергии в скачках) и плавно уменьшается по тракту СВЗ из-за потерь на трение.

Полная температура Т* = const, гак как отсутствует энер­ гообмен с внешней средой (при допущении, что отсутствуют тепловые потери).

Негативные факторы, влияющие на работу реального СВЗ:

образуется пограничный слой (ПС), толщина которого растет по мере движения потока вдоль стенок канала СВЗ;

- скачки уплотнения взаимодействуют с ПС, способствуя возрастанию его толщины и отрыву потока от стенок, что ведет к росту потерь полного давления и уменьшению площади попе­ речного сечения СВЗ;

- попадание в СВЗ ПС с крыла и фюзеляжа (в примыкаю щих СВЗ) ведет к нарушению устойчивой работы СВЗ.

Меры по устранению влияния негативных факторов:

- удаление СВЗ от поверхности ЛА с образованием каналов (рис. 5.16);

- отсос (слив) ПС через отверстия (перфорацию) на по­ верхности сжатия и щель в горле (см. рис. 5.15);

- установка за горлом турбулизаторов (см. рис. 5.15) для перемешивания основного потока с ПС и выравнивания пара­ метров потока по сечению канала;

- площадь	горла заведомо	делают больше расчетной
=*Л .р. где	кг = 1,05... 1,15 -	коэффициент, учитывающий

уменьшение i Fr из-за образования ПС.